渠道水深设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种渠道末端水深优化方法及装置，属于农田灌溉领域。该方法包括：根据曼宁糙率系数、水力半径和预设水力坡度，计算渠道的沿程水深损失；计算渠道末端设计水深与优化后渠道末端水深之间的相对误差；当相对误差大于预设阈值时，对预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换预设水力坡度，并转至执行计算渠道的沿程水深损失的步骤；当相对误差小于或等于预设阈值时，则判定预设水力坡度为符合优化目标的水力坡度。解决了经过一段时间的输水后，渠道末端水深低于渠道末端设计水深，导致后期渠道的灌溉范围不能达到设计要求的问题；达到了避免渠道末端水深与渠道末端设计水深相差较大，保证后期渠道的灌溉范围达到设计要求的效果。

Channel depth design method and device

The invention discloses a channel end depth optimization method and device, belonging to the field of farmland irrigation. The method includes: according to the Manning roughness coefficient, hydraulic radius and preset hydraulic gradient, calculation of channel along the depth of loss; the relative error between the calculated and optimized design depth of channel at the end part of the channel depth; when the relative error is greater than a preset threshold, the preset hydraulic gradient is optimized, the optimized hydraulic gradient preset hydraulic replacement go along the slope, and perform the calculation steps of channel depth loss; when the relative error is less than or equal to a preset threshold, is determined to meet the preset hydraulic gradient hydraulic gradient optimization. To solve the water after a period of time after the end of the channel, channel depth is lower than the end of design depth, irrigation channels cannot lead to late to meet the design requirements of the problem; to avoid part of the channel depth and channel terminal design depth difference, guarantee the channel irrigation range to meet the design requirements of the effect.

【技术实现步骤摘要】
渠道水深设计方法及装置
本公开涉及农田灌溉领域，特别涉及一种渠道水深设计方法及装置。
技术介绍
通过灌溉渠系输配水进行地面灌溉是目前应用最为广泛的一种农田灌溉方式。灌溉渠系一般由多级灌溉渠道构成，由于渠底及边坡无法做到绝对光滑，在长距离输水过程中，水流与不光滑的渠道底部及边坡之间的摩擦会导致渠道末端水深低于渠道末端设计水深。由于灌溉对渠道内的水深有一定的要求，若渠道末端水深较低的话，则不能达到设计要求的灌溉范围，因此在渠道水深设计的过程中需要考虑到输水过程中存在沿程损失。
技术实现思路
为了解决经过一段时间的输水后，渠道末端水深低于渠道末端设计水深，导致后期渠道的灌溉范围不能达到设计要求的问题，本公开提供一种渠道水深设计方法及装置。所述技术方案如下：根据本公开实施例的第一方面，提供一种渠道水深优化方法，所述方法包括：步骤a，获取渠道的曼宁糙率系数、水力半径和渠道末端设计水深；步骤b，根据所述曼宁糙率系数、所述水力半径和预设水力坡度，计算所述渠道的沿程水深损失；步骤c，根据所述渠道末端设计水深和所述沿程水深损失，计算所述渠道的优化后渠道末端水深；步骤d，计算所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差；步骤e，当所述相对误差大于预设阈值时，对所述预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换所述预设水力坡度，并转至执行步骤b；步骤f，当所述相对误差小于或等于所述预设阈值时，则判定所述预设水力坡度为符合所述优化目标的水力坡度。根据本公开实施例的第二方面，提供一种渠道水深优化装置，所述装置包括：获取模块，用于获取渠道的曼宁糙率系数、水力半径和渠道末端设计水深；第一计算模块，用于根据所述曼宁糙率系数、所述水力半径和预设水力坡度，计算所述渠道的沿程水深损失；第二计算模块，用于根据所述渠道末端设计水深和所述沿程水深损失，计算所述渠道的优化后渠道末端水深；第三计算模块，用于计算所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差；优化模块，用于当所述相对误差大于预设阈值时，对所述预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换所述预设水力坡度，并执行所述根据所述曼宁糙率系数、所述水力半径和预设水力坡度，计算所述渠道的沿程水深损失的步骤；判定模块，用于当所述相对误差小于或等于所述预设阈值时，则判定所述预设水力坡度为符合所述优化目标的水力坡度。本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过根据曼宁糙率系数、水力半径和预设水力坡度，计算渠道的沿程水深损失，根据该沿程水深损失计算该渠道的优化后渠道末端水深，并根据优化后渠道末端水深与渠道末端设计水深之间的相对误差不断调整预设水力坡度，使得得到的优化后渠道末端水深与渠道末端设计水深之间的相对误差在一定范围内，由于优化后渠道末端水深的计算过程中考虑到了沿程水深损失，且优化后渠道末端水深与渠道末端设计水深之间的相对误差在一定范围内；解决了经过一段时间的输水后，渠道末端水深低于渠道末端设计水深，导致后期渠道的灌溉范围不能达到设计要求的问题；达到了避免渠道末端水深与渠道末端设计水深相差较大，保证后期渠道的灌溉范围达到设计要求的效果。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。图1是根据一示例性实施例示出的一种渠道水深优化方法的流程图；图2是根据一示例性实施例示出的渠道末端渠道断面尺寸及渠道末端设计水深示意图；图3是根据一示例性实施例示出的渠道沿水流方向上的剖面图；图4是根据一示例性实施例示出的渠道优化后沿水流方向上的坡面图；图5是根据一示例性实施例示出的优化后渠道及渠道末端渠底水力坡度和渠道末端水深比较图；图6是根据一示例性实施例示出的一种渠道水深优化装置的框图。其中，附图标记分别表示：h为渠道末端渠道末端设计水深，W为渠底宽度，θ为渠道两侧坡面与垂直方向的夹角，hd为渠道末端水深，l为渠道的长度，α为渠道的渠底与基准面角度，hd′为优化后渠道末端水深，β为优化后渠道渠底与基准面角度，Δh为每段跌坎的高度。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。图1是根据一示例性实施例示出的一种渠道水深优化方法的流程图，如图1所示，该渠道水深优化方法包括以下步骤。步骤101，获取渠道的曼宁糙率系数、水力半径和渠道末端设计水深。在实际应用中，从渠道的工程设计报告中获取该渠道的曼宁糙率系数、水力半径和渠道末端设计水深，该渠道的工程设计报告用于记录理想条件下该渠道需要满足相关参数。步骤102，根据曼宁糙率系数、水力半径和预设水力坡度，计算渠道的沿程水深损失。其中，预设水力坡度是技术人员根据经验预先设置的，也可以从渠道的工程设计报告中获取得到。具体的，按照曼宁糙率系数、水力半径、预设水力坡度，以及沿程水深损失相关的第一计算公式，计算渠道的沿程水深损失。其中，第一计算公式为：其中，hf为渠道的沿程水深损失，单位为m；λ是渠道的沿程阻力系数，无单位；R为渠道的水力半径，单位为m，l为渠道的长度，v为渠道中水流的流速，g为重力加速度。R可用公式(1)来表示：R＝A/P公式(1)其中，A为过水断面面积，单位为m2；P为湿周，单位为m。v可用公式(2)来表示：其中，J为预设水力坡度，C为谢才系数。C可用公式(3)来表示：其中，n为曼宁糙率系数。步骤103，根据渠道末端设计水深和沿程水深损失，计算渠道的优化后渠道末端水深。将渠道末端设计水深减去沿程水深损失后，即可得到优化后渠道末端水深。步骤104，计算渠道末端设计水深与优化后渠道末端水深之间的相对误差。具体的，按照渠道末端设计水深和沿程水深损失以及相对误差相关的第二计算公式，计算渠道末端设计水深与优化后渠道末端水深之间的相对误差。其中，第二计算公式为：其中，ARE为渠道末端设计水深与优化后渠道末端水深之间的相对误差；hd为优化后渠道末端水深，单位为m；h为渠道末端设计水深，单位为m。步骤105，当相对误差大于预设阈值时，对预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换预设水力坡度，并转至执行步骤102。当相对误差大于预设阈值时，说明根据预设水力坡度计算得到的优化后渠道末端水深与渠道末端设计水深相差较大，即优化后渠道末端水深所能达到的灌溉范围与渠道末端设计水深所能达到的灌溉范围相差较大，预设水力坡度不为符合优化目标的水力坡度。可选的，利用遗传算法对预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换预设水力坡度。需要说明的是，该预设阈值可以为1％，1.5％等等，本实施例对预设阈值的大小做任何限制，也不对预设阈值的设置方式做任何限制。步骤106，当相对误差小于或等于预设阈值时，则判定预设水力坡度为符合优化目标的水力坡度。当相对误差小于或等于预设阈值时，说明根据预设水力坡度计算得到的优化后渠道末端水深与渠道末端设计水深相差较小，即优化后渠道末端水深所能达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种渠道末端水深优化方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a，获取渠道的曼宁糙率系数、水力半径和渠道末端设计水深；步骤b，根据所述曼宁糙率系数、所述水力半径和预设水力坡度，计算所述渠道的沿程水深损失；步骤c，根据所述渠道末端设计水深和所述沿程水深损失，计算所述渠道的优化后渠道末端水深；步骤d，计算所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差；步骤e，当所述相对误差大于预设阈值时，对所述预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换所述预设水力坡度，并转至执行步骤b；步骤f，当所述相对误差小于或等于所述预设阈值时，则判定所述预设水力坡度为符合所述优化目标的水力坡度。

【技术特征摘要】
1.一种渠道末端水深优化方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a，获取渠道的曼宁糙率系数、水力半径和渠道末端设计水深；步骤b，根据所述曼宁糙率系数、所述水力半径和预设水力坡度，计算所述渠道的沿程水深损失；步骤c，根据所述渠道末端设计水深和所述沿程水深损失，计算所述渠道的优化后渠道末端水深；步骤d，计算所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差；步骤e，当所述相对误差大于预设阈值时，对所述预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换所述预设水力坡度，并转至执行步骤b；步骤f，当所述相对误差小于或等于所述预设阈值时，则判定所述预设水力坡度为符合所述优化目标的水力坡度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中，根据所述曼宁糙率系数、所述水力半径和预设水力坡度，计算所述渠道的沿程水深损失，包括：按照所述曼宁糙率系数、所述水力半径、预设水力坡度，以及沿程水深损失相关的第一计算公式，计算所述渠道的沿程水深损失；其中，所述第一计算公式为：其中，所述hf为所述渠道的沿程水深损失，所述λ是所述渠道的沿程阻力系数，所述R为所述渠道的水力半径，所述l为所述渠道的长度，所述v为所述渠道中水流的流速，所述g为重力加速度，所述J为所述预设水力坡度，所述C为谢才系数，所述n为曼宁糙率系数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d中，计算所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差，包括：按照所述渠道末端设计水深和所述沿程水深损失以及相对误差相关的第二计算公式，计算所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差；其中，所述ARE为所述渠道末端设计水深与所述优化后渠道末端水深之间的相对误差，所述hd为所述优化后渠道末端水深，所述h为所述渠道末端设计水深。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤e中，当所述相对误差大于预设阈值时，对所述预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换所述预设水力坡度，并转至执行步骤b，包括：当所述相对误差大于预设阈值时，利用遗传算法对所述预设水力坡度进行优化，将优化后水力坡度替换所述预设水力坡度，并转至执行步骤b。5.根据权利要求1-4中任一所述所述的方法，其特征在于，所述判定所述预设水力坡度为符合所述优化目标的水力坡度之后，所述方法还包括：根据所述符合所述优化目标的水力坡度和所述渠道的优化后渠道末端水深，得到所述渠道的总跌坎高度；将所述总跌坎高度除以预...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光，邢宇良，文继娟，戴春胜，宋长虹，张作勇，
申请(专利权)人：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23